淺談LED路燈在光明新區市政道路的應用

陳文健

(深圳市光明新區建筑工務和土地開發中心，深圳518107)

0 引言

LED作為一種新光源，有著高效、節能、環保、壽命長等特點，目前有取代傳統光源的趨勢?！秶抑虚L期科學和技術發展規劃綱要》中，LED路燈等半導體照明產品被明確列入“重點領域及優先主題”，并提出要“重點研究高效節能、長壽命的半導體照明產品”，科技部也啟動了“十城萬盞”半導體照明工程。廣東省的“千里十萬”LED路燈示范工程也在快速推進。作為改革開放的前沿，中國的窗口，深圳市也在大力推廣LED路燈。目前，在深圳光明新區已經建成采用LED路燈的城市主干道4條，總長度達20．5公里。

根據光明新區城市主干道的LED路燈情況，總結經驗，發現和解決LED路燈在實際應用中出現的問題，總結歸納出相對合理有效的解決方案。全面分析LED路燈在各個等級道路中的運用情況，以及產生的經濟效益、環境效益、社會效益和存在問題，為今后LED路燈道路照明工程的建設提出指導性建議。

1 LED路燈的優越性

高壓鈉燈是目前主要用于城市主干道照明的光源，在CJJ 45—2006《城市道路照明設計標準》中明確規定:快速路、主干路、次干路和支路應采用高壓鈉燈。由于目前LED光源迅速發展，一些市政主干道也采用了LED路燈，有取代傳統光源的趨勢，為此，我們對LED光源和高壓鈉燈的技術參數作了比較。

表1 LED路燈與高壓鈉燈的技術參數比較表

分析表1得出以下結果:

(1)額定功率范圍。傳統高壓鈉燈有固定的幾級額定功率，通常用于主干道照明的為400 W，而道路寬度的變化會使燈具布置上產生間距不統一的情況;LED光源由于其整組燈具是采用單顆或模塊的形式組合而成的，額定功率可以根據實際使用需求配置，配置路燈時更加靈活。

(2)發光效率。高壓鈉燈一般為120 lm/W。目前市場上用于道路照明的LED光源的光效為100 lm/W左右，實驗室已經可以達到200 lm/W以上，隨著技術的發展，LED光源提升的空間還很大。

(3)使用壽命。LED平均壽命達5萬小時，是普通高壓鈉燈的4倍以上，可降低燈具的維護周期和成本。但LED的平均壽命只是光源的壽命，實際燈具的壽命與其電源有很大的關系。

(4)顯色指數和色溫。高壓鈉燈色溫在2 300 K～3 300 K左右，發黃光，顯色指數為30，黃色的光比較柔和，穿透力較強。LED光源色溫在2 300 K～8 000 K范圍內可調，顯色指數在60～90，更高的顯色指數可以提高司機對物體的辨認能力，可調節的色溫可以更好地滿足司機對光線舒適度的要求。

(5)啟動、再啟動時間。傳統高壓鈉燈的啟動和再啟動時間為幾到十幾分鐘，LED光源則可以瞬時啟動。過長的啟動和再啟動時間可能導致照明線路出現故障，對交通安全有較大的影響。

(6)功率因數。傳統高壓鈉燈的功率因數在0．44左右，需要按照電容器補償，補償后功率因數不小于0．85;LED燈的功率因數一般都在0．95以上，用于道路照明無需再單獨補償，更高的功率因數可以更好地節約能源。

(7)電壓變化對光通量的影響。傳統高壓鈉燈對電壓的要求較高，過低的電壓會造成光源無法啟動或光通量下降;LED光源對電壓的要求相對較低，且低電壓情況下不損耗光通量。

(8)頻閃現象。由于兩種光源的發光原理不同，高壓鈉燈有頻閃現象，LED光源無頻閃。

(9)配光曲線。高壓鈉燈由于光源的形狀固定，配光曲線比較單一，燈具的利用率相比LED光源也較低。LED光源由于指向性強，配光相對比較靈活。

(10)燈具防護等級。燈具防護等級均可達到IP65，滿足規范要求及使用要求。

2 LED路燈應用分析

在城市道路中，照明是必不可少的，良好的照明可以為駕駛人員提供可視功能和視覺舒適的環境，使行車更加安全。

2．1 道路照明的基本原則

(1)CJJ 45—2006《城市道路照明設計標準》中對各種道路等級的道路照明做出了明確的要求，具體指標如表2。

(2)在滿足道路照明亮度的基礎上，應符合照明均勻度要求，為駕駛人員提供可視功能和視覺舒適的環境。

(3)道路沿線相交路口、立交橋處應適當提高照度標準，以保證車輛高速行駛的安全和通行能力。

(4)選擇高效光源，燈桿造型美觀、經濟、簡單、環保。

(5)道路照明要求節能，便于維護。易于管理檢修，減少維護費用。

(6)合理選用燈具及布置形式，注重燈光環境與人文的結合，與城市功能區相協調，與自然環境相融合。

表2 機動車交通道路照明標準值

2．2 傳統光源照明

用于城市主干道照明傳統光源采用高壓鈉燈，布置形式也比較統一，一般雙向8車道，采用12 m單臂路燈對稱布置，間距30 m左右，光源功率400 W。根據以上布置，采用DIALux軟件進行計算，得到結果如表3。

表3 DIALux軟件計算結果表

根據表3可以看出，其結果均滿足《城市道路照明設計標準》中對主干道要求的高標準值。

2．3 LED光源照明

根據光明新區目前LED路燈運用的情況，選取光明大道、華夏路、松白路三條城市主干道進行現場測試。

2．3．1 光明大道LED路燈照明情況

光明大道為城市主干道，雙向8車道，目前采用LED路燈路段總長度為3．65公里，采用13 m路燈對稱布置，間距28～35 m左右，光源額定功率為207 W。

2009年4月29日我中心委托深圳電子產品質量檢測中心對道路進行了現場測試，并出示了檢測報告。測試范圍為:單側主路兩盞路燈間距35 m×道路寬度14 m，取點90個，共測量6組數據，測量數據如表4。

表4 光明大道現場照明測試表

圖1 現場照明實際效果

2．3．2 華夏路LED路燈照明情況

華夏路為城市主干道，雙向8車道，目前采用LED路燈路段總長度為1．3公里，采用13 m路燈對稱布置，間距28 m左右，光源額定功率為210 W。

2010年8月16日LED路燈供應商委托深圳電子產品質量檢測中心對道路進行了現場測試，并出示了檢測報告。測試范圍為:單側主路兩盞路燈間距28 m×道路寬度14 m，取點99個，共測量3組數據，測量數據如表5。

表5 華夏路現場照明測試表

圖2 現場照明實際效果

2．3．3 松白路LED路燈照明情況

松白路為城市主干道，雙向8車道，目前采用LED路燈路段總長度為12公里，采用12 m路燈對稱布置，間距26 m左右，光源額定功率為210 W。

2011年4月18日LED路燈供應商委托深圳電子產品質量檢測中心對道路進行了現場測試，并出示了檢測報告。測試范圍為:單側主路兩盞路燈間距26 m×道路寬度14 m，取點99個，共測量14組數據，測量數據如表6。

表6 松白路現場照明測試表

圖3 現場照明實際效果

2．4 傳統路燈與LED路燈的比較

根據現場測試結果，在滿足規范情況、經濟效益、環境效益、社會效益幾個方面對其進行分析，發現總結其優缺點。

2．4．1 技術規范的比較

經過測試的幾條市政道路均為城市主干道，根據《城市道路照明設計標準》中對主干道的要求，比較情況如表7。

表7 滿足規范情況比較表

在表7中可以看出，采用LED光源的道路其各項指標均可滿足《城市道路照明設計標準》中對主干道的要求，但只能滿足其低檔值。采用高壓鈉燈可以滿足高檔值。

2．4．2 經濟效益的比較

以一條1公里長、雙向6車道城市主干道為例，分別采用LED路燈和高壓鈉燈布置，具體斷面如圖4-5。根據布置圖，對其經濟效益分析見表8。

圖4 LED燈布置斷面圖

圖5 高壓鈉燈布置斷面圖

表8 高壓鈉燈與LED燈投資和節能對比表

根據表8可以看出，采用LED路燈前期投資較大，前期投資相比高壓鈉燈而言要增加37．6%(LED燈按照每瓦30元考慮)，但使用階段節能明顯，節能在44．5%左右。采用高壓鈉燈照明功率密度值LPD=1．0 W/m2;采用LED燈照明功率密度值LPD=0．65 W/m2。

根據LED燈現場檢測的情況來看，目前已經完工的幾條LED路燈道路的平均照度都達不到30 lx，只能達到規范中的低標準值，而采用高壓鈉燈的主干道的平均照度均可以達到30 lx的標準。但是LED在其他方面的優勢(如顯色性等)可以彌補其照度不足的缺點。

2．4．3 環境及社會效益的比較

由于LED路燈節能在44．5%左右，每年每公里城市主干道可以節約電能48 000 kW·h。減少CO2排放4．6萬 t(注:生產電能1 kW·h排放0．96 kg CO2)。LED由于其顯色性好，視覺感受更好，可以更好改善道路交通環境，符合國家節能環保的大方針，且發展潛力巨大，其效果可見圖6。

圖6 采用高壓鈉燈與LED燈節效果對比圖

3 LED路燈在應用中需要解決的問題

根據光明新區的應用情況可以看出，在城市主干道上采用LED路燈照明節能效果突出，符合城市低碳環保的發展理念，環境、社會效益明顯，但在規范制定、實際測量方法、初期投資、產品研發等多個方面還存在一定的問題。

(1)根據CJJ45—2006《城市道路照明設計標準》光源的選擇應符合下列規定:快速路、主干路、次干路和支路應采用高壓鈉燈。規范中沒有涉及LED燈。建議盡快修訂、完善相應LED路燈照明技術規范。

(2)由于受到目前LED發光特點以及現有技術的局限性，LED路燈目前總光通量小，在標準選擇上只能采用城市主干道低檔值。

(3)大功率LED路燈的體積較大，在多臺風的沿海地區存在安全隱患。

(4)初期投資大，一次性投入多。

(5)LED實際燈具的壽命達不到5萬小時，這與電源有很大的關系，還需廠家完善。

(6)路口段平均照度明顯偏低，需廠家進一步研發新產品。

［1］ CJJ 45—2006城市道路照明設計標準［S］

［2］ CJJ 89—2001城市道路照明工程施工及驗收規范［S］

［3］ 深圳市地方標準LED道路照明工程技術規范征求意見稿［S］